時間分解ラウエ回折法による衝撃破壊素過程の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H04820
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 一柳 光平 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究員 (70435618)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 衝撃超高圧科学 / 高強度レーザー / 弾性塑性転移

研究実績の概要

固体に衝撃波を与えた場合、弾性波と呼ばれる1 軸の応力波が先に進み、弾性限界を超えたときの降伏における応力緩和により等方圧縮する塑性波となる衝撃波特有の現象がある。この弾性-塑性転移は衝撃破壊の素過程である。この固体の弾性限界点（HEL:Hugoniot Elastic Limit）は歪み速度に依存し、音速測定からナノ秒オーダーの応力緩和の時定数となっているが弾性限界時に衝撃波内で欠陥・転位生成され降伏し応力緩和する動的構造は明らかにされていない。当該年度では、レーザー誘起衝撃圧縮下における弾塑性転移を観測するために16 J/pulseの高強度Nd:ガラスレーザーと組み合わせたシングルショット型時間分解Laue回折装置をAR-NW14Aのビームライン内に整備し安定的な時間分解Laue測定をすることが可能になった。Photon Factory Advanced Ring (PF-AR)のシングルバンチモード運転による白色硬Ｘ線パルスを用いることでレーザー誘起衝撃圧縮下におけるSi<100>の弾性塑性転移過程をLaue回折パターンにより３次元構造で直接観測することに成功した。

また、本研究計画で弾塑性転移過程を含んだ衝撃波の歪みプロファイルを測定するためにレーザー速度干渉計システム(VISAR: Velocimetry Interferometer Systems of Any Refractor)を当該研究で使用するAR-NW14Aに設置した。これにより衝撃波駆動レーザー照射後に発生する衝撃波の歪みプロファイルを時間分解Laue回折測定と同条件で測定することが可能になった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当該年度当初計画における、1)高強度Nd:ガラスレーザーパルスによる衝撃波発生、2)時間分解ラウエ回折による３次元動的構造の可視化、3)レーザー速度干渉計による衝撃波プロファイル計測、の1)と2)は安定的に計測できることが実証された。3)についてはおおむね立ち上がっているが空間分解能など改善すべき点があり今後改善していかなければならい。

時間分解Laue回折では、回折計を真空チャンバー内に設置することで衝撃波進展方向と衝撃波進展に対して垂直方向の格子面の両方を一度に計測することが出来た。

今後の研究の推進方策

シングルショット型の時間分解Laue回折測定装置によりSiやAl2O3など弾性-塑性転移圧を超えた圧力値における構造変化を３次元で観測し、レーザー速度干渉計の歪みプロファイルを使い衝撃波伝搬下における衝撃破壊の素過程を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] High pressure band gap modification of LiCaAlF6 (2017)
  • 著者名/発表者名: 2.T. Shimizu, M.V. Luong, M. Cadtal-Raduban, M. J. F. Empizo, K. Yamanoi, R. Arita, Y. Minami, N. Sarukura, N. Mitsuo, H .Azechi, M.H. Pham, H.D. Nguyen, K. Ichiyanagi, S. Nozawa, R. Fukaya, S. Adachi, K. G. Nakamura, K. Fukuda, Y. Kawazoe, K. G. Steenbergen, and P. Schwerdtfeger
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 110 ページ: 141902-4
  • DOI: 10.1063/1.4979106
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 放射光X線パルスを用いた時間分解X線回折法による衝撃圧縮下の構造ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 一柳光平、髙木壮大
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 29 ページ: 119-128
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 高強度レーザー誘起衝撃圧縮下における 構造・反応ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 一柳光平、髙木壮大、川合伸明、野澤俊介、深谷亮、福本恵紀、 若林大佑、興野純、中村一隆、船守展正、足立伸一
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ